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生物医学:病原菌从“良民”到“恶魔”进化面纱被掀开
2014-07-01 17:07:08
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化工资讯网整理编辑:每年数百万人被细菌引起的疾病感染死亡,但是这些细菌在进化历史中大部分都是良性的,特别是在达到某个关键点之前,。
一直以来,科学家不知道什么原因让这些无害“良民”变成了病原菌“恶魔”。据物理学家组织网近日报道,研究人员跟踪研究了一种食肉细菌的“变身”过程。掌握了细菌何时“变身”,有助于预防未来的流行病。
这种食肉细菌叫做GAS(A组β-溶血性链球菌),是一种高传染性细菌,会引起多种感染,对人类的影响在上世纪80年代才开始显现。科学家认为,GAS是从一种危害很小的链球菌进化而来。论文领导作者、美国卫理公会医院研究所的詹姆斯·缪塞尔说:“我们的研究再现了这种细菌的进化史,从而揭开了这一致命病原体整个变身过程的神秘面纱。”研究小组分析了来自全世界的细菌基因数据库——3600多种链球菌株,正是这些菌株基因组中发生的一系列基因事件,将GAS一步步变成了“恶魔”。
缪塞尔认为,如果定期记录下足够多的细菌基因组,监视它们有哪些变异或基因转移,就可能提前发现流行病的苗头。
“在很短时间内,这一发现作用巨大,可以帮助科研人员确定细菌内部基因变异的方式,并且计算细菌疫苗所需的更新换代的频率。”缪赛尔说,“长远来看,对于预防疾病方面,这种技术非常重要,我们或许可以凭借这种技术能将流行病扼杀在萌芽状态。”
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元素百科为您介绍:一张塑料薄片放置到60摄氏度的热水里,短短几秒钟,塑料薄片收缩变形成一只“千纸鹤”。这是浙江大学化学工程与生物工程学院谢涛教授课题组最新研发的一种新型形状记忆塑料,它能多次“植入”复杂形状记忆,遇热即展现多样形变。相关论文于9日发表在《科学》杂志子刊《科学进展》上。
形状记忆塑料是什么
形状记忆塑料是一类能够暂时固定在临时形状,受到外界刺激后回复到初始形状的智能材料,在柔性电子、生物医学和航空航天等领域展示了越来越广的应用前景。
谢涛介绍,研究团队在设计新型形状记忆材料的过程中,加入了一种可交换共价键,重组分子间的连接关系。“这相当于很多分子手拉手跳一支‘集体舞’,当处于较高的温度时,分子之间相互‘换手’,找到了新伙伴、新‘队形’,产生永久记忆。当处于较低温度环境下,材料即使被折叠成其他形状,产生弹性形变,分子之间也不会‘放手’,遇热还是能恢复原有形状。”
论文第一作者、浙江大学化学工程与生物工程学院副教授赵骞说,正是这种“换手”的特性,让新型形状记忆塑料有不断被植入复杂形状记忆的性能,新形状还能不断叠加其中。利用这种效应,可以制备现有加工方法难以实现的复杂形状。
形状记忆塑料的应用前景
研究人员认为,这一新型材料具有广阔实用价值和应用前景,研究人员期待它能早日用于诸如生物医疗或柔性电子等高附加值应用领域。“比如心脏支架,我们希望它在到达植入‘目的地’以后,可以舒展成为一个复杂三维形状。”谢涛说。
《科学进展》杂志评审专家认为,该项研究是形状记忆聚合物领域的重要突破,为形状记忆材料的设计与加工提供了全新指导。
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元素百科为您介绍:华东理工大学昨日发布消息称:该校生物反应器工程国家重点实验室、上海生物制造技术协同创新中心许建和课题组利用自主创制的两种新酶制剂,独立开发出一条制备高值手性胺的双酶协同催化反应合成路线,通过该途径仅需消耗廉价的氨水和醇即可合成高值手性胺。该路线是一条更加绿色高效的手性胺合成路径,具有极大的工业应用潜力,标志着我国生物催化和手性胺的合成达到国际领先水平。
手性胺合成路径
据悉,该反应可以将多种仲醇高效地转变为高附加值的手性胺,转化率高达98%,而手性胺的分析得率最高可达94%,光学纯度均大于99%,不仅解决了手性胺的合成难题,还实现了合成过程的“零排放”。
胺类化合物是医药、农药、化妆品等精细化学品合成中常用的中间体。目前约40%的手性药物分子中含有手性胺结构单元,这些手性药物分子具有独特多样的生理或治疗功效,如兴奋、解充血、消炎、抗病毒等。目前工业化生产手性胺的方式主要为化学合成法或酶促拆分法,一般需要金属催化剂或高压等极端反应条件,同时存在选择性差、收率低、排放多等先天不足。近年来,国外学者虽也开发出了一系列由醇制胺的化学合成路线,拓展了胺的合成路径,但工艺非常复杂,且无法解决上述问题。
手性胺合成中存在的问题
鉴于手性胺合成中存在的种种问题,华东理工大学生物催化研究室创造性地发明了双酶协同合成手性胺的新途径。该途径首先利用醇脱氢酶实现完全脱氢并全部生成相应的中间产物酮,然后利用最新设计研制的新型胺脱氢酶实现酮的不对称胺化还原。
该路线的奇妙之处在于借助两种酶的协同催化进行“一锅法“反应,仅仅消耗氨水即实现了由醇到手性胺的不对称转化,具有简便、协同和绿色等多重优势。
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元素百科为您介绍:中科院大连化物所生物能源研究部有机催化研究组徐杰研究员和路芳研究员带领团队在对苯二甲酸二乙酯合成新路线的研究中取得新进展,该合成新路线以生物质基粘康酸为原料,经与乙醇和乙烯发生连续的酯化反应、Diels-Alder反应以及脱氢反应,直接合成对苯二甲酸二乙酯。相关研究结果发表在《德国应用化学》上。
对苯二甲酸应用
对苯二甲酸(PTA)是需求量大的石化产品,主要用于合成聚对苯二甲酸酯(如PET、PTT、PBT)等聚酯产品,2014年我国PTA产能达4600万吨以上。目前,工业上生产PTA主要通过对石油基对二甲苯(PX)氧化制得。该项研究旨在开发和利用可再生生物质资源制备PTA及其衍生物,具有重要的科学意义和应用前景。
对苯二甲酸二乙酯合成新路线
粘康酸可通过葡萄糖和木质素等发酵制得,其分子结构中含有一个共轭双键和两个羧基,与PTA分子相比,需要引入两个碳原子来构建苯环。但是,由于粘康酸的溶解性较差,且分子结构中两个吸电子的羧基使得粘康酸与乙烯的Diels-Alder反应难以直接进行。为解决上述问题,研究人员引入关键的粘康酸与乙醇的酯化反应,产物二酯在醇中的溶解性较好,且酯基的吸电子能力弱于羧基,相比于粘康酸,更易与亲双烯体发生Diels-Alder反应。经过串联的酯化、环加成和脱氢反应后,对苯二甲酸二乙酯的总收率可达80.6%,并且产物可通过常用的蒸馏过程分离纯化,从而实现了不经过PX直接生成PTA衍生物的新技术路线。该研究为优化利用生物质基原料中已有的组成和特殊结构,制备高附加值的化合物提供了可能。
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